国家教育部博士点基金(20091101120003)
- 作品数：8 被引量：34H指数：4
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- 基于微分进化的行星际小推力轨道全局优化方法被引量：4
- 2010年
- 针对行星际小推力轨道优化问题,提出一种基于改进微分进化的全局优化算法.通过引入试验个体重生成和约束判断选择策略,克服传统微分进化算法中寻优参数和轨道约束违反边界的缺陷.为提高微分进化算法后期收敛效率,提出了基于最优个体信息的变异操作和局部搜索辅助策略.以地球-水星的小推力燃料最省转移为例对所提算法进行了验证.数值计算结果表明:改进的微分进化算法能够快速有效地寻找到全局最优轨道,并且与传统非线性规划和遗传算法相比,具有更高的可靠性和收敛性.
- 尚海滨崔平远乔栋
- 关键词：小推力全局优化微分进化
- 行星际小推力转移轨道分层初始设计方法
- 2012年
- 针对小推力转移轨道设计问题,提出了一种结合切比雪夫多项式拟合和离散脉冲策略的分层初始设计方法.基于曲线拟合思想采用切比雪夫多项式对小推力轨道进行逼近,建立起轨道状态与时间的关系,避免了传统曲线拟合策略中时间约束的解算并舍去了速度方向假设;在全局搜索中利用低阶多项式求解边界约束得到降维解空间中的全局最优解;在此基础上,增加切比雪夫多项式的自由度并局部优化;通过脉冲离散并进一步优化求解出引入路径约束的小推力轨道.以地火交会轨道及地-火-木星借力交会轨道为例对所提方法进行了仿真验证,结果表明此方法可有效地对交会、借力轨道进行快速全局初始设计.
- 王帅尚海滨吴伟仁黄翔宇
- 关键词：小推力切比雪夫多项式
- 基于解析梯度的微推进转移轨道优化方法
- 2010年
- 研究基于离散脉冲策略的行星际微推进转移轨道优化问题,为改善收敛性和计算效率,提出了一种解析的梯度矩阵计算方法。首先,基于离散脉冲思想建立了行星际微推进转移轨道优化模型,通过对速度脉冲矢量进行参数变换,避免了传统优化模型初值猜测和搜索域难以界定的缺点;然后,基于变分原理分析了离散脉冲模型中轨道状态转移矩阵与状态变分之间的关系,并给出了多种轨道特征条件下状态变分的计算方法,该方法可扩展到多次状态不连续情况;在此基础上,推导了离散脉冲轨道优化模型中性能指标与轨道约束对寻优参数梯度矩阵的解析表达式。以地球-火星的燃料最省微推进转移为例对所提解析梯度方法进行了仿真验证。数值结果表明:本文推导的解析梯度矩阵是正确的,与传统数值梯度计算方法相比,解析梯度矩阵可有效改善寻优算法的收敛特性,并能够提高计算效率约47%。
- 尚海滨崔平远乔栋
- 关键词：星际探测器微推进
- 结合行星借力飞行技术的小推力转移轨道初始设计被引量：9
- 2011年
- 针对结合行星借力和小推力技术的行星际转移轨道设计问题,提出一种基于形状逼近策略的初始设计方法。采用改进的逆六次多项式策略计算小推力弧段,通过引入B平面参数和推进器开关点时间系数实现行星借力和推滑混合轨道的拼接,将初始设计问题转化为求解混合整数非线性规划问题。为降低规划模型求解难度,通过参数变换对模型进行简化处理,并采用具有全局大范围搜索能力的改进微分进化算法求解最优设计参数。数值结果表明:相比正弦指数曲线设计方法,本文方法可以有效对交会型转移轨道进行设计,并且可以提供更少燃料消耗的探测机会。
- 尚海滨崔平远徐瑞乔栋
- 关键词：行星际探测器小推力
- 考虑逃逸与俘获过程的行星际小推力轨道设计
- 2010年
- 提出一种包含逃逸和俘获阶段的行星际小推力全程轨道设计方法.该方法采用分步式设计思想,针对地球逃逸、日心转移和目标星俘获三段轨道的转移特点,分别采用加权组合控制律和混合法进行顺序设计,并基于拼接条件在地球和目标星引力影响球处完成不同轨道段间的拼接.该方法降低了多引力场穿越轨道动力学的强非线性,具有较高的计算效率和良好的收敛性.以地球-火星转移为例对设计方法进行了仿真计算,数值结果表明:该方法可有效用于行星际小推力转移任务的全程轨道设计.
- 尚海滨崔平远乔栋
- 关键词：行星际小推力
- 基于高斯伪光谱的星际小推力转移轨道快速优化被引量：16
- 2010年
- 针对星际小推力转移轨道优化问题,给出了一种基于高斯伪光谱配点的快速优化算法。首先,基于归一化的改进春分点根数建立了星际小推力转移轨道的优化模型;然后,采用高斯伪光谱配点策略对优化模型进行离散化处理,推力方向限制和天体星历分别作为路径约束和事件约束,将轨道优化问题转化为一个大规模多约束参数优化问题;在此基础上,基于高斯伪光谱的配点特性,推导出性能指标和约束方程的解析雅可比矩阵,保证了雅可比矩阵计算的准确性和效率;最后,以利用太阳能电推进探测火星和水星为例,对所给算法进行了数值验证。数值结果表明:高斯伪光谱方法可有效用于星际小推力轨道的优化问题,并且与数值差分相比,解析的雅可比矩阵算法可提高计算效率67.78%。
- 尚海滨崔平远徐瑞乔栋
- 关键词：小推力雅可比矩阵
- 行星际小推力轨道Lambert解及应用被引量：3
- 2010年
- 为提高行星际小推力转移轨道初始设计精度,提出了基于N次逆多项式逼近的半解析Lambert算法,并基于该算法发展了一种转移轨道初始设计方法。首先,采用N次逆多项式近似小推力轨道形状,应用推力方向假设和位置速度边界条件推导出部分系数及推力大小解析式。接着,分析了飞行时间约束和轨道动力学约束下解的存在性,并给出了关键系数的可行域。然后,利用探测器质量消耗方程建立了Lambert问题求解模型并加以解决。最后,基于所提Lambert算法,通过对连续推力约束进行降维,提出一种求解多圈非固定时间的行星际小推力转移轨道初始设计方法。分别以固定和非固定时间转移任务为例对所提Lambert算法和初始轨道设计方法进行了数学仿真,数值结果表明:相比传统6阶方法,所提Lambert算法在目标轨道半长轴为5AU时可减少速度增量需求36.63%;所提初始设计方法与最优化方法设计结果接近,可为转移轨道的精确设计提供可行的设计初值。
- 尚海滨崔平远乔栋徐瑞
- 关键词：小推力
- 基于形状的行星际小推力转移轨道初始设计方法被引量：7
- 2010年
- 初始设计问题是行星际小推力转移轨道设计中的难点。本文在对逆多项式逼近方法进行改进基础上,提出一种星际小推力转移轨道初始设计方法。首先,通过分析逆多项式逼近轨道的动力学特性,推导了关键系数的可行取值范围;然后,基于改进的逆多项式逼近理论,通过对加速度约束进行处理,建立了一种简单有效的星际小推力轨道设计模型;最后,为高效可靠的获得最优设计参数,采用微分进化算法对轨道设计模型进行了寻优计算。该方法不仅避免了传统逆多项式逼近遗漏可行轨道的缺陷,并且设计参数少,能够为精确设计提供一组可靠的初始设计参数。仿真计算验证了该方法的有效性。
- 尚海滨崔平远乔栋
- 关键词：小推力微分进化
